TWI398360B - 噴墨頭壓電致動單元之切割方法 - Google Patents

Description

噴墨頭壓電致動單元之切割方法

本案係關於一種切割方法，尤指一種噴墨頭壓電致動單元之切割方法。

隨著噴墨技術的進步，噴墨技術不再只是應用在傳統列印市場上，近年更應用於平面顯示器以及半導體產業的製程技術中，然而，為了降低成本以及節省製程時間，紛紛尋求新的噴墨技術，這之中最被廣為應用的，就是壓電式噴墨技術。

請參閱第一圖A，其係為習知噴墨頭之多層結構於切割前之平面示意圖，如圖所示，習知噴墨頭之多層結構1主要由多層不鏽鋼板件以高溫擴散接合技術堆疊而成，進而形成噴墨頭多層結構1之微結構，其中噴墨頭多層結構1係具有複數個噴墨單元100，且每一噴墨單元100係對應具有供墨液流入的入液流道(未圖示)、供儲存墨液的儲液室(未圖示)、壓力腔體(未圖示)、出液流道(未圖示)以及供墨液噴出的噴嘴孔(未圖示)等微結構，且在複數個噴墨單元100的入液流道、儲液室、壓力腔體、出液流道及噴嘴孔等微結構上方係設置一共同的振動板10，並在振動板10的上方，且對應於壓力腔體之位置設置一共同的壓電致動片14，如此一來，當噴墨頭之多層結構1堆疊完成後，僅需對設置於最上層的致動片14對應於壓力腔體之形態進行切割，即可完成如第一圖B所示之具有複數個噴墨單元100之噴墨頭多層結構1。

請再參閱第一圖A，如圖所示，習知之噴墨頭多層結構1於切割壓電致動片14時，係將複數個噴墨單元100區分為第一噴墨單元群組11及第二噴墨單元群組12，其中第一噴墨單元群組11係與第二噴墨單元群組12彼此互相對應設置，以及，在第一噴墨單元群組11中的噴墨單元100係與第二噴墨單元群組12中的另一噴墨單元100彼此穿差錯位設置(如第一圖A之放大圖所示)，另外，在壓電致動片14上對應於每一噴墨單元100的壓力腔體之位置係分別具有一矩形邊緣13。當習知噴墨頭之多層結構1要對壓電致動片14進行切割作業時，係採用雷射切割方式，且於雷射切割時，需精準地一一對應於第一噴墨單元群組11及第二噴墨單元群組12中的每一噴墨單元100之矩形邊緣13，以進行壓電致動片14之切割作業，以將壓電致動片14切割為如第一圖B所示之複數個致動單元141，且該每一致動單元141之位置係對應於每一噴墨單元100之壓力腔體。

然而，在習知對壓電致動片14進行雷射切割的過程之中，需要精確地控制切割之位置及均一功率，以對齊每一噴墨單元100之矩形邊緣13，同時亦需精準地控制切割的深度及寬度，以免因切割過深而破壞壓電致動片14之下的振動板10、或是因寬度控制不良而影響到鄰近的噴墨單元100，因此，在進行切割前即需設定雷射的波長、能量以及進行雷射的時間…等參數，以確保雷射後的切割尺寸能達到預定致動單元141的尺寸要求如此一來，在進行雷射切割前即需花費許多時間設定相關的切割參數， 不僅程序複雜，同時更耗費時間。

此外，當使用雷射切割產生複數個致動單元141時必須以單一個矩形邊緣13為切割單位，且因第一噴墨單元群組11中的噴墨單元100係與第二噴墨單元群組12中的另一噴墨單元100彼此穿差錯位設置，因此，每切割一個矩形邊緣13後，就必須先停止雷射切割，待對齊下一個矩形邊緣13後再繼續進行下一個切割作業，由此可見，在習知切割壓電致動片14的作業過程中會耗費很多的作業時間在重複對齊每一致動單元141的切割起點，因而使得工時延長除了此外因切割速率在起始停止或轉彎均不同，使得功率不均一造成切割深度不均高的不良率，浪費成本。另外，雷射機台的價格相較於其他的切割工具之成本更為昂貴，以及，使用雷射切割時易因雷射的功率不穩定而產生高溫，進而導致在切割作業時將會影響致動單元141的磁性強度及物理強度。

有鑑於此，如何發展一種易於切割、可節省切割作業時間及成本之致動單元之切割方法，以解決習知技術之缺失，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決之問題。

本案之目的在於提供一種噴墨頭壓電致動單元之切割方法，其係藉由複數個噴墨單元相互對稱形成，再利用晶圓切割刀以兩兩對應直線切割之方式，以將壓電致動片切割為複數個致動單元，俾解決習知雷射切割需於作業前設定許多參數，且切割方式需耗費許多作業時間，導致延長工時及浪費成本等缺失。本案利用切割刀可提供 水冷或氣冷方式，保持在切割過程，維持在均一100度以下的溫度，可充分避免傳統雷切在切割過程功率集中，偶發瞬間高溫破壞致動器磁性強度及物理強度。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種致動單元之切割方法，該方法包含下列步驟：(a)提供一噴墨頭多層結構，其係由一振動板以及複數個板件堆疊設置而成，且該噴墨頭多層結構具有複數個噴墨單元，其中該複數個噴墨單元相互對稱設置，且每一該複數個噴墨單元分別具有一腔體；(b)將至少一壓電致動片對應設置於該複數個噴墨單元該腔體之該振動板上方，其中該腔體分別具有一第一邊、一第二邊、一第三邊及一第四邊，且每一該腔體之該第一邊係分別對齊於相對稱之另一該腔體之該第三邊；以及(c)以一晶圓切割刀沿著對應於該腔體之該第一邊及相對稱之該腔體之該第三邊對該至少一壓電致動片進行直線切割，俾使該至少一壓電致動片對應於該腔體之處分別對應產生複數個對稱設置之致動單元。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第二圖A、第二圖B及第二圖C，其中第二圖A係為本案第一較佳實施例之噴墨頭多層結構之結構示意圖，第二圖B係為第二圖A沿著a-a’之剖面結構示意圖，第二 圖C係為本案第一較佳實施例噴墨頭壓電致動單元之切割方法之流程圖，如第二圖A所示，本案噴墨頭多層結構2係為一多層結構，主要係由一振動板20及複數個板件21(如第二圖B所示)堆疊設置而成，且噴墨頭多層結構2具有複數個噴墨單元22，其中，該複數個噴墨單元22係為彼此相互對稱設置，且每一噴墨單元22具有一腔體223(如第二圖B所示)，此外，壓電致動片24係可由但不限由鋯鈦酸鉛(Lead Zirconate Titanate,PZT)壓電材料所形成。

如第二圖A所示，於本實施例中，係將二壓電致動片24分別對應設置於複數個噴墨單元22之上，由於腔體223係為一矩形，且具有一第一邊223a、一第二邊223b、一第三邊223c及一第四邊223d，且第一邊223a係與相對稱之另一腔體223之第三邊223c相互對齊(如第二圖A之放大圖所示)，故壓電致動片24設置於振動板20上時，對應於每一腔體223之第一邊223a、第二邊223b、第三邊223c及第四邊223d係可形成一虛擬框體，且該複數個虛擬框體係呈現兩兩對稱之方式排列。而壓電致動片24之一第一側邊240係分別對齊於複數個噴墨單元22之腔體223中的第二邊223b設置，但壓電致動片24之數量及設置方式並不以此為限，當壓電致動片24之數量及設置方式改變時，其直線切割方式亦可隨之進行變化，但仍以直線切割之方式對每一腔體223之四邊之至少其中之一進行切割，以產生複數個對稱設置之致動單元241，如此一來，即便壓電致動片24的數量及設置方式採用不同之實施態樣 ，亦可透過本案之直線切割方式而節省許多作業時間。

如第二圖B所示，噴墨頭多層結構2係由多層不鏽鋼板件以高溫擴散接合技術堆疊而成，進而形成噴墨頭多層結構2之微結構，其中，噴墨頭多層結構2具有一基板23，並具有一噴墨孔231，且其係相對於噴墨單元22設置，以及，複數個板件21堆疊於基板23之上，並使複數個噴墨單元22具有一儲液室221、一入液流道222、一腔體223及一出液流道224等微結構。以及，儲液室221、入液流道222、腔體223、出液流道224及噴墨孔231係為彼此相互連通之結構，使得一流體(未圖示)可經由儲液室221、入液流道222、腔體223、出液流道224及噴墨孔231流出，以達到噴墨之目的。

請參閱第二圖C，其係為本案第一較佳實施例之噴墨頭壓電致動單元之切割方法之流程圖，如圖所示，本案噴墨頭壓電致動單元之切割方法，首先提供噴墨頭多層結構2，由振動板20以及複數個板件21堆疊設置而成，且噴墨頭多層結構2具有複數個噴墨單元22，其中複數個噴墨單元22相互對稱設置，且當複數個板件21堆疊時使得複數個噴墨單元22分別具有一腔體223(如步驟S20所示)，接著再將壓電致動片24對應設置於噴墨單元22之腔體223之振動板20上方，其中腔體223b係為一矩形且分別具有第一邊223a、第二邊223b、第三邊223c及第四邊223d，以及，腔體223之第一邊223a係分別對齊於相對稱之另一腔體223之第三邊223c，且壓電致動片24之第一側邊240分別對齊於噴墨單元22之腔體223之第二邊223b設置 (如步驟S21所示)，當壓電致動片24設置完成後，晶圓切割刀先沿著對應於腔體223的第一邊223a及相對稱之另一腔體223的第三邊223c之壓電致動片25進行直線切割後，再沿此路徑依序重複切割複數個噴墨單元22(如步驟S22所示)，後續再以晶圓切割刀分別沿著兩相對稱設置之腔體223之第四邊223d分別進行直線切割，由於壓電致動片24之第一側邊240對齊於腔體223之第二邊223b，使得壓電致動片24對應於腔體223形成複數個致動單元241(如步驟S23所示)。於一些實施例中，晶圓切割刀可採取水冷或氣冷方式進行切割，以使切割過程維持在100度以下的均一溫度，可避免傳統雷切在切割過程中因功率集中，偶發瞬間高溫而導致破壞致動器磁性強度及物理強度之缺失。

請同時參閱第三圖A及第三圖B並配合第二圖A，其中第三圖A係為第二圖A於切割後之平面示意圖，第三圖B係為第三圖A沿著b-b’之剖面結構示意圖，如第三圖A所示，於本實施例中，本案噴墨頭多層結構2之壓電致動片24之切割作業係藉由一晶圓切割刀(未圖示)以進行切割，其中，晶圓切割刀之厚度係與該壓電致動片之厚度相對應，且以不超過壓電致動片24之厚度較佳，且於一些實施例中，晶圓切割刀之厚度係以50μm為最佳，但不以此為限。以及，如第三圖A所示，當壓電致動片24於經過前述四次直線切割後，對應於每一腔體223之處係可分別對應產生複數個對稱設置之致動單元241，且如第三圖B所示，當切割作業完成後，每一致動單元241均對應設置於每 一腔體223之上方處。

於一些實施例中，當晶圓切割刀進行切割時並不會將對應於第一邊223a及第三邊223c之壓電致動片24完全切斷(如第三圖C所示)，使得壓電致動片24之每一個致動單元241可於一電場(未圖示)作用下，產生形變以推擠振動板20，讓腔體223產生體積變化，當儲存於儲液室221內的流體受腔體223擠壓而產生流動時，儲液室221的流體則經由入液流道222、腔體223、出液流道224最後流體由噴墨孔231噴出，以達到噴墨多層結構2噴墨之目的，當然，相對稱設置噴墨單元22亦以相同原理透過此路徑進行噴墨，於此不再贅述。

請參閱第四圖A，其係為本案第二較佳實施例之噴墨頭多層結構之結構示意圖，如圖所示，於本實施例中，噴墨頭多層結構3與前述實施例之噴墨頭多層結構2係為相同結構，故不再贅述，惟其差異主要在於壓電致動片30之設置方式，其中，壓電致動片30係為兩片為佳，且分別具有第一側邊301及第二側邊302，第一側邊301對齊於噴墨單元22之第二邊223b，而第二側邊302則對齊於第四邊223d設置，如此一來，當欲把壓電致動片30切割為複數個致動單元241時，僅需沿著腔體223之第一邊223a及第三邊223c進行直線切割，即可產生複數個對稱設置之致動單元241。

請參閱第四圖B，其係為本案第二較佳實施例之致動單元之切割方法之流程圖，如圖所示，本案噴墨頭壓電致動單元之切割方法，首先提供噴墨頭多層結構2，由振動板 20以及複數個板件21堆疊設置而成，且噴墨頭多層結構2具有複數個噴墨單元22，其中複數個噴墨單元22相互對稱設置，且當複數個板件21堆疊時使得複數個噴墨單元22分別具有一腔體223(如步驟S40所示)，接著再將壓電致動片30對應設置於噴墨單元22之腔體223之振動板20上，其中腔體223係為一矩形且分別具有第一邊223a、第二邊223b、第三邊223c及第四邊223d，其中，腔體223之第一邊223a係分別對齊於相對稱之另一腔體223之第三邊223c，而壓電致動片24之第一側邊301及第二側邊302分別對齊於噴墨單元22之腔體223之第二邊223b及第四邊223c而設置(如步驟S41所示)，當壓電致動片30設置完成後，晶圓切割刀僅需對壓電致動片30沿噴墨單元22的第一邊223a及相對稱之噴墨單元22之第三邊223c進行直線切割，便可使得壓電致動片30於對應於複數個腔體223之處，係可分別對應產生複數個對稱設置之致動單元(如步驟S42所示)。如此一來，更能縮短晶圓切割刀的切割時間及其切割路徑，得以大大減少作業時間。

藉以，使用晶圓切割刀僅需以直線切割之方式切割壓電致動片24及30，相較於習知技術需要重複對齊矩形邊緣13後再進行切割作業以及雷射切割需設定許多切割參數，本案更能免去設定程序以達到節省工時及成本等目的。

綜上所述，本案之致動單元之切割方法主要係利用複數個噴墨單元之腔體相互對稱排列後，再以晶圓切割刀進 行切割作業，其中，晶圓切割刀係先沿著對應於腔體之第一邊及與之對稱的另一腔體之第三邊對壓電致動片進行直線切割，後續再依序切割複數個噴墨單元上之壓電致動片，使得壓電致動片於直線切割後，可分別對應產生複數個對稱設置之致動單元，如此一來，使用晶圓切割刀相較於習知使用雷射切割下，晶圓切割刀不需於切割作業前設定許多相關之切割參數，進而節省許多作業時間，然而，除了能節省作業時間外，亦能更精準地控制切割作業的過程，另外，複數個噴墨單元的對稱排列，使得晶圓切割刀能以直線切割的方式便能產生致動單元，不需以習知技術之矩形邊緣為單位而重複對齊下一個矩形邊緣，以加快切割作業所需之時間，再者，晶圓切割刀之機台相較於雷射切割之機台便宜，更能省去設備成本。由於上述優點係為習知技術所不及者，故本案之致動單元之切割方法極具產業價值，爰依法提出申請。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1‧‧‧習知噴墨頭之多層結構

100、22‧‧‧噴墨單元

10、20‧‧‧振動板

11‧‧‧第一噴墨單元群組

12‧‧‧第二噴墨單元群組

13‧‧‧矩形邊緣

14、24、30‧‧‧壓電致動片

141、241‧‧‧致動單元

2‧‧‧噴墨頭多層結構

21‧‧‧板件

221‧‧‧儲液室

222‧‧‧入液流道

223‧‧‧腔體

223a‧‧‧第一邊

223b‧‧‧第二邊

223c‧‧‧第三邊

223d‧‧‧第四邊

224‧‧‧出液流道

23‧‧‧基板

231‧‧‧噴墨孔

240、301‧‧‧第一側邊

302‧‧‧第二側邊

S20~S23、S40~42‧‧‧致動單元之切割步驟

第一圖A：其係為習知噴墨頭之多層結構於切割前之平面示意圖。

第一圖B：其係為第一圖A於切割後之平面示意圖。

第二圖A：其係為本案第一較佳實施例之噴墨頭多層結構之結構示意圖。

第二圖B：其係為第二圖A沿著a-a’之剖面結構示意圖。

第二圖C：其係為本案第一較佳實施例之噴墨頭壓電致動單元之切割方法之流程圖。

第三圖A：其係為第二圖A於切割後之平面示意圖。

第三圖B：其係為第三圖A沿著b-b’之剖面結構示意圖。

第三圖C：其係為第三圖A沿著c-c’之剖面結構示意圖。

第四圖A：其係為本案第二較佳實施例之噴墨多層結構之結構示意圖。

第四圖B：其係為本案第二較佳實施例之噴墨頭壓電致動單元之切割方法之流程圖。

S40~S42‧‧‧致動單元之切割步驟

Claims (9)

1. 一種噴墨頭壓電致動單元之切割方法，該方法包含下列步驟：(a)提供一噴墨頭多層結構，其係由一振動板以及複數個板件堆疊設置而成，且該噴墨頭多層結構具有複數個噴墨單元，其中該複數個噴墨單元相互對稱設置，且每一該複數個噴墨單元分別具有一腔體；(b)將至少一壓電致動片對應設置於該複數個噴墨單元該腔體之該振動板上方，其中該腔體分別具有一第一邊、一第二邊、一第三邊及一第四邊，且每一該腔體之該第一邊係分別對齊於相對稱之另一該腔體之該第三邊；以及(c)以一晶圓切割刀沿著對應於該腔體之該第一邊及相對稱之該腔體之該第三邊對該至少一壓電致動片進行直線切割，俾使該至少一壓電致動片對應於該腔體之處分別對應產生複數個對稱設置之致動單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之噴墨頭壓電致動單元之切割方法，其中該至少一壓電致動片之數目係為兩片，且該壓電致動片分別具有一第一側邊及一第二側邊，該第一側邊對齊於該腔體之該第二邊及該第二側邊對齊於該腔體之該第四邊而設置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之噴墨頭壓電致動單元之切割方法，其中該至少一壓電致動片之數目係為兩片，其中該壓電致動片分別具有一第一側邊，且該第一側邊係對齊於該複數個噴墨單元之該腔體之該第二邊而設置。
4. 如申請專利範圍第3項所述之噴墨頭壓電致動單元之切割 方法，其中於步驟(c)中更包含步驟(c1)：將該晶圓切割刀沿著對應兩相對稱設置之該腔體之該第四邊分別進行直線切割，俾將該壓電致動片切割以形成複數個對稱設置之致動單元。
5. 如申請專利範圍第1項所述之噴墨頭壓電致動單元之切割方法，其中該噴墨頭多層結構具有一基板，並具有一噴墨孔。
6. 如申請專利範圍第5項所述之噴墨頭壓電致動單元之切割方法，其中該複數個板件堆疊於該基板上，且分別形成該複數個噴墨單元之一儲液室、一入液流道、該腔體及一出液流道等微結構，其中該入液流道係與該腔體及該儲液室相連通，而該出液流道係該腔體及該噴墨孔相連通。
7. 如申請專利範圍第1項所述之噴墨頭壓電致動單元之切割方法，其中該晶圓切割刀之厚度係與該壓電致動片之厚度相對應，且以不超過該壓電致動片之厚度較佳。
8. 如申請專利範圍第7項所述之噴墨頭壓電致動單元之切割方法，其中該晶圓切割刀之厚度係以50μm為最佳。
9. 如申請專利範圍第1項所述之噴墨頭壓電致動單元之切割方法，其中該壓電致動片係為一鋯鈦酸鉛壓電材料所形成。